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- ELETTRONICA OGGI 436 - MAGGIO 2014
TECH INSIGHT
SOLARE
combinazione di materiali
semiconduttori è quindi
possibile riuscire a “cattu-
rare” e convertire un’ampia
porzione di spettro, che va
dall’infrarosso all’ultravio-
letto (Fig. 8).
Nei mesi precedenti un
risultato simile era stato
ottenuto dai laborato-
ri statunitensi NREL (U.S.
Department of Energy’s
National Renewable Energy
Laboratory) con una strut-
tura a tripla giunzione in
grado di fornire un’effi-
cienza del 44% anche se a
ben 947 soli. Il risultato del
consorzio europeo ha con-
seguito un risultato prossi-
mo al 45% con meno di un
terzo della concentrazione
solare.
I laboratori NREL hanno uti-
lizzato una struttura tripla
in cui i semiconduttori pos-
seggono valori di energy-
gap progressivi, in modo
da sfruttare la maggior
parte dello spettro solare.
Utilizzando una struttu-
ra a base di GaInP/GaAs/
Ge si ottiene una scala di
1,85/1,4/0,67eV in cui il
Germanio era stato scelto
nei primi lavori del 2001
per poter catturare anche
la porzione della radiazione
infrarossa.
I lavori più recenti di NREL
hanno invece optato per
sostituire il Germanio con
un materiale che possedes-
se un passo reticolare più
simile a quello del substrato
in arseniuro di Gallio, in
modo da facilitare la cresci-
ta dei monocristalli. Si è così
rimpiazzato il Germanio con
il nitruro di Gallio che, seb-
bene possegga un energy-
gap più elevato di quello
del GaAs, una volta drogato
con Azoto evidenzia un gap
di circa 1eV e quindi ido-
neo alla cattura delle radia-
zioni infrarosse.
Celle organiche
Poiché le strutture multi-
giunzione sono utilizzate
sostanzialmente per gli
impianti fotovoltaici a con-
centrazione, la ricerca deve
trovare valide alternative
anche per gli impianti di
tipo comune, a larga diffu-
sione, dove il fattore costo
è assolutamente determi-
nante. In questo ambito
stanno facendo passi da
gigante le soluzioni di tipo
organico, in cuii il mate-
riale fotosensibile è costi-
tuito da polimeri organici,
economici, stampabili con
attrezzature a basso costo,
flessibili e quindi adattabili
a qualsivoglia superficie.
L’unico neo è però pur-
troppo lo scarso rendimen-
to, anche se recentemente
alcune realizzazioni hanno
prodotto i primi risultati
soddisfacenti. In figura 4 si
può infatti vedere come la
velocità di crescita dell’ef-
ficienza delle celle organi-
che sia molto più elevata
delle restanti categorie,
al punto che i lavori più
recenti riportano figure di
merito prossime a quelli
del silicio amorfo, con ren-
dimenti di laboratorio che
sfiorano il 10%.
La statunitense Polyera,
ad esempio, ha ottenuto
già dalla prima metà del
2013 un rendimento cer-
tificato del 6,4% su celle
interamente polimeriche,
basate su semiconduttore
organico ActivInk PV2700
utilizzando un’innovativa
struttura detta “bulk etero-
junction” in luogo dei due
materiali di tipo p e di tipo
n separati usati preceden-
temente. Durante il mese
di dicembre 2013 le stes-
se Polyera, Imec e Solvay
hanno annunciato il risul-
tato di una collaborazione
che ha portato all’otteni-
mento di celle fotovoltaiche
organiche caratterizzate
da un’efficienza dell’8,3%
con una struttura del tipo
“inverted BHJ”, visibili in
figura 9.
Parallelamente, la tedesca
Heliatech é riuscita a realiz-
zare delle celle solari a film
organico (Fig. 10) basate
su oligomeri, caratterizzate
da un’efficienza nominale
elevatissima, pari a ben
il 12%, permettendo alle
nuove tecnologie organiche
di raggiungere rendimen-
ti molto vicini a quelli del
silicio policristallino, a una
frazione del costo.
Q
Fig. 10 – La tedesca Heliatech è riuscita a realizzare una cella fotovoltai-
ca a oligomeri con un’efficienza-record del 12%
Fig. 9 – Cella fotovoltaica organica con un’efficienza dell’8,3% realizza-
ta dalla collaborazione fra Imec, Polyera e Solvay
